Las capas de grafeno separadas por pilares de nanotubos de nitruro de boro pueden ser un material adecuado para almacenar combustible de hidrógeno en automóviles. según los científicos de la Universidad de Rice.

El Departamento de Energía ha establecido puntos de referencia para los materiales de almacenamiento que convertirían al hidrógeno en un combustible práctico para vehículos ligeros. El laboratorio de Rice de científicos de materiales Rouzbeh Shahsavari determinó en un nuevo estudio computacional que el nitruro de boro con pilares y el grafeno podrían ser candidatos.

El estudio de Shahsavari y Farzaneh Shayeganfar aparece en la revista American Chemical Society Langmuir .

El laboratorio de Shahsavari ya había determinado a través de modelos de computadora qué tan resistentes y resistentes serían las estructuras de grafeno con pilares, y luego incorporó nanotubos de nitruro de boro a la mezcla para modelar una arquitectura tridimensional única. (Se han fabricado muestras de nanotubos de nitruro de boro unidos sin problemas al grafeno).

Así como los pilares de un edificio dejan espacio entre los pisos para las personas, Los pilares de grafeno de nitruro de boro hacen espacio para los átomos de hidrógeno. El desafío es hacer que entren y permanezcan en número suficiente y que salgan cuando se solicite.

En sus últimas simulaciones de dinámica molecular, Los investigadores encontraron que el grafeno con pilares o el grafeno de nitruro de boro con pilares ofrecerían una superficie abundante (alrededor de 2, 547 metros cuadrados por gramo) con buenas propiedades reciclables en condiciones ambientales. Sus modelos mostraron que agregar oxígeno o litio a los materiales los haría aún mejores para unir hidrógeno.

Centraron las simulaciones en cuatro variantes:estructuras de pilares de nitruro de boro o grafeno de nitruro de boro con pilares dopado con oxígeno o litio. A temperatura ambiente y a presión ambiente, el grafeno de nitruro de boro dopado con oxígeno resultó ser el mejor, contener el 11,6 por ciento de su peso en hidrógeno (su capacidad gravimétrica) y alrededor de 60 gramos por litro (su capacidad volumétrica); supera fácilmente a tecnologías de la competencia como el nitruro de boro poroso, estructuras de óxido metálico y nanotubos de carbono.

A una temperatura fría de -321 grados Fahrenheit, el material contenía el 14,77 por ciento de su peso en hidrógeno.

El objetivo actual del Departamento de Energía para los medios de almacenamiento económicos es la capacidad de almacenar más del 5,5 por ciento de su peso y 40 gramos por litro en hidrógeno en condiciones moderadas. Los objetivos finales son el 7,5 por ciento en peso y 70 gramos por litro.

Shahsavari dijo que los átomos de hidrógeno adsorbidos al grafeno de nitruro de boro con pilares sin dopar, gracias a las débiles fuerzas de van der Waals. Cuando el material fue dopado con oxígeno, los átomos se unieron fuertemente con el híbrido y crearon una mejor superficie para el hidrógeno entrante, que Shahsavari dijo que probablemente se entregaría bajo presión y saldría cuando se libere la presión.

"Agregar oxígeno al sustrato nos da una buena unión debido a la naturaleza de las cargas y sus interacciones, ", dijo." Se sabe que el oxígeno y el hidrógeno tienen una buena afinidad química ".

Dijo que la naturaleza polarizada del nitruro de boro donde se une con el grafeno y la movilidad electrónica del grafeno en sí hacen que el material sea altamente sintonizable para aplicaciones.

"Lo que buscamos es el punto óptimo, "Shahsavari dijo, describir las condiciones ideales como un equilibrio entre la superficie y el peso del material, así como las temperaturas y presiones de funcionamiento. "Esto solo es práctico a través del modelado computacional, porque podemos probar muchas variaciones muy rápidamente. A los experimentadores les llevaría meses hacer lo que nos lleva solo unos días ".

Dijo que las estructuras deberían ser lo suficientemente robustas para superar fácilmente el requisito del Departamento de Energía de que un tanque de combustible de hidrógeno pueda soportar 1, 500 ciclos de carga-descarga.